專利名稱：在人體通信系統(tǒng)中在低頻帶中發(fā)送數(shù)據(jù)的裝置和方法，及人體通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在低頻帶中發(fā)送數(shù)據(jù)的裝置和方法，且更具體地，涉及一種在人體通信系統(tǒng)中在低頻帶中發(fā)送數(shù)據(jù)的裝置和方法、以及人體通信系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電場通信是指具有以下通信方案的通信，在該通信方案中，發(fā)送器引發(fā)(induce) 電場并且在電介質(zhì)材料中形成電場以及接收器然后檢測該電場，從而使能數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。在這樣的電場通信中，特別是采用人體作為電介質(zhì)材料的通信被稱為人體通信。一般，人體通信由于用戶干擾等在幾個MHz的波段具有高噪聲，并且具有分布在數(shù)十MHz的波段上的噪聲。圖I展示了如上所述的人體通信信道的頻率特性。在如上所述的人體通信方案中，通過應(yīng)用適合于通信信道的特性的調(diào)制方案而最大化傳輸效率。因此， 在人體通信中，應(yīng)通過能夠避開其中集中人類噪聲的幾十MHz波段的波段的載波來攜帶發(fā)送的數(shù)據(jù)。然而，在人體通信中，當(dāng)載波太高時，自人體輻射的元素增加。因此，考慮輻射的元素的增加和噪聲特性，通過人體發(fā)送的信號的頻帶通常具有處于幾十MHz內(nèi)的波段。此外，在人體通信中，最大化傳輸波段的效率也是很重要的，因為通常人類噪聲具有比溫度噪聲更高的能級。因此，中心頻率A應(yīng)位于如圖I所示的二十MHz內(nèi)，并且，具有最大波段效率的傳輸是要在人體通信中實現(xiàn)的一個重要目標(biāo)。同時，在人體通信中，數(shù)據(jù)傳輸通過使用人體的電介質(zhì)特性在人體周圍形成電場是可能的，并且在用戶對終端的直觀選擇后執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸。因此，人體通信可以為用戶提供直觀便捷性。為了最大化在數(shù)據(jù)通信中用戶的直觀便捷性，有必要在其間人體對信息終端設(shè)備做出非接觸或靠近接觸的短時間內(nèi)發(fā)送所有的數(shù)據(jù)，這就需要高速傳輸?shù)氖┬?。在如上所述的非接觸施行的情況下，隨著到用戶的身體的距離的增加，電場的幅度按照1/r2的比率減少，這暗示接收信號的幅度隨著用戶身體遠(yuǎn)離移動而迅速減少。因此，為了補償由于人體引起的信號衰減，已通過各種方法來提高通信的接收靈敏度，諸如使用光學(xué)傳感器、磁傳感器等的方法或使用用于改善對地耦合的電極的方法。如上所述在接收靈敏度中的限制在通過人體接觸的通信的情況下受到限制，并使得在接收器的低信號電平的情況下信號處理困難。此外，因為難以確定人體接近狀態(tài)或非接觸狀態(tài)、或者設(shè)備之間的超接近的狀態(tài)， 所以很難選擇對每個狀態(tài)合適的信道和通信方案。此外，在人體非接觸通信的情況下，是否執(zhí)行通信的確定并非是基于是否存在人體接觸做出的，并且只有人體自身的接近才啟動通信系統(tǒng)的操作。因此，這些要點在人體通信系統(tǒng)的設(shè)計中應(yīng)當(dāng)予以考慮。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題由于如上所述的人體通信的特性，人體通信應(yīng)考慮到應(yīng)用有一類連接技術(shù)的系統(tǒng)的功耗和復(fù)雜性而在能夠最小化功耗和完成簡單的結(jié)構(gòu)的方向中實現(xiàn)。此外，有必要考慮
4人體非接觸情況中的衰減來實現(xiàn)使能通信的系統(tǒng)。也即，在設(shè)計人體通信的裝置中應(yīng)當(dāng)考慮人體通信的信道環(huán)境和系統(tǒng)頻率特性。解決方案因此，本發(fā)明提供ー種在人體通信系統(tǒng)中在低頻帶中發(fā)送數(shù)據(jù)的裝置和方法以及人體通信系統(tǒng)，其能夠最小化傳輸波段，由此最大化波段效率。同樣，本發(fā)明提供ー種裝置和方法以及人體通信系統(tǒng)，其可以高效地發(fā)送數(shù)據(jù)，同時甚至在人體通信系統(tǒng)中的人體非接觸狀態(tài)中也保持接收靈敏度。此外，本發(fā)明提供ー種在人體通信系統(tǒng)中用于在低頻區(qū)中的數(shù)據(jù)發(fā)送的裝置和方法以及人體通信系統(tǒng)，其能夠?qū)崿F(xiàn)簡單的結(jié)構(gòu)和低功耗。有益效果在根據(jù)本發(fā)明的用于在用于人體通信的低頻帶的數(shù)據(jù)發(fā)送的裝置中，可以按ー種簡單的方式在不同范圍內(nèi)中移動中心頻率，以及可以在低速數(shù)據(jù)傳輸時最小化傳輸波段。 此外，本發(fā)明實現(xiàn)了ー種系統(tǒng)，其通過使用在人體周圍的電場使用戶能夠在非接觸狀態(tài)中進(jìn)行通信，從而使能中心頻率的選擇、傳輸波段的最小化以及數(shù)據(jù)速度和調(diào)制的控制。


圖I是示出典型的人體通信信道的頻率特性的圖。
圖2說明典型的分組結(jié)構(gòu)。
圖3是說明典型的人體通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的框圖。
圖4是說明在圖3所示的頻率選擇性擴(kuò)頻器的結(jié)構(gòu)的框圖。
圖5是說明在圖4所示的頻率選擇性擴(kuò)頻器的頻帶特性的圖。
圖6說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的分組結(jié)構(gòu)。
圖7是說明根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的人體通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的框圖。
圖8說明在圖7所示的移頻器。
圖9是示出圖7所示的人體通信信道的傳輸頻率特性的圖。
圖10是說明根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的人體通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的框圖。
具體實施方式
依據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種用于在人體通信系統(tǒng)中在低頻帶中發(fā)送數(shù)據(jù)的裝
置，該裝置包括前導(dǎo)碼產(chǎn)生器，用于產(chǎn)生前導(dǎo)碼信號；報頭產(chǎn)生器，用于產(chǎn)生分組報頭信息；數(shù)據(jù)產(chǎn)生器，用于產(chǎn)生數(shù)據(jù)；串并轉(zhuǎn)換器，用于通過串并轉(zhuǎn)換將從數(shù)據(jù)產(chǎn)生器傳送的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為碼元；正交調(diào)制器，用于將從串并轉(zhuǎn)換器傳送的碼元映射到彼此正交的序列之一； 復(fù)用器，用于時分地選擇從前導(dǎo)碼產(chǎn)生器、報頭產(chǎn)生器和正交調(diào)制器輸出的信號；以及移頻器，用于將復(fù)用器的輸出移位到特定頻率。依據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用于使用在人體周圍的電場執(zhí)行非接觸通信的人體通信系統(tǒng)，該人體通信系統(tǒng)包括發(fā)送電路，用于使用特定頻率發(fā)送根據(jù)由MAC發(fā)送/ 接收處理器定義的分組格式而產(chǎn)生的數(shù)據(jù)；電極，用于將來自發(fā)送電路的輸出向外部輸出； 模擬前端(AFE)電路，用于從該電極接收信號，放大該信號并且從信號中消除噪聲；接收信號強度測量單元，用于測量接收信號的強度；接近傳感器，用于根據(jù)人體接近的檢測來輸出接近傳感器值；復(fù)用器，用于選擇性地輸出來自接近傳感器和接收信號強度測量單元的信號；接收電路，用于處理來自復(fù)用器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的信號；和微控制器單元(MCU)，用于通過使用RSSI值或接近傳感器值確定該電極是否是在非接觸狀態(tài)，并基于確定的結(jié)果輸出控制信號。依據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種在人體通信系統(tǒng)中在低頻帶中發(fā)送數(shù)據(jù)的方法，該方法包括產(chǎn)生前導(dǎo)碼、分組報頭信息和數(shù)據(jù)；通過串并轉(zhuǎn)換將從產(chǎn)生的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為碼元；將碼元映射到彼此正交的序列之一；時分地選擇前導(dǎo)碼信號、分組報頭信息和映射的碼元；以及將選擇的信號、信息和碼元移位到特定頻率。下文中，將參考附圖描述本發(fā)明的示范實施例。在以下說明中，相同組件將由相同參考數(shù)字指定，雖然它們在不同的附圖中示出。此外，在本發(fā)明的以下說明中，當(dāng)它會使得本發(fā)明的主題更不清楚時，這里并入的公知的功能和配置的具體說明被省去。本發(fā)明提出了一種在人體通信系統(tǒng)中考慮人體非接觸狀態(tài)、同時選擇各種范圍的中心頻率來發(fā)送數(shù)據(jù)的方案。為此，本發(fā)明的第一實施例提出了一種人體通信系統(tǒng)，能夠以簡單易用的方式移動中心頻率，特別是提出了一種人體通信系統(tǒng)，其包括移頻器，用于將復(fù)用器的輸出移位到特定頻率以便使能中心頻率的移動。此外，本發(fā)明的第二實施例提出一種人體通信系統(tǒng)，其即使在人體非接觸狀態(tài)中也可以通過控制數(shù)據(jù)速度、調(diào)制等以及通過最小化傳輸波段和選擇中心頻率來實現(xiàn)穩(wěn)定的通信。根據(jù)本發(fā)明的第二實施例，可以考慮人體非接觸狀態(tài)來最大化波段效率并實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。在本發(fā)明的描述之前，將參考圖3描述人體通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，圖3是說明典型的人體通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的框圖。首先，通過數(shù)據(jù)發(fā)送裝置發(fā)送的典型分組具有如圖2所示的典型的結(jié)構(gòu)。在圖2所示的結(jié)構(gòu)中，前導(dǎo)碼用于通知在分組中包含的報頭的起點，報頭包括與分組相關(guān)的信息，諸如分組的長度，而數(shù)據(jù)包括實際要發(fā)送的信息。在構(gòu)造具有如上所述的結(jié)構(gòu)的分組中，只有前導(dǎo)碼可能不足以找到用于恢復(fù)報頭和數(shù)據(jù)的確切的起點。因此， 對于該典型的結(jié)構(gòu)，建議一種在穩(wěn)定的同時可以最小化系統(tǒng)的復(fù)雜性的分組結(jié)構(gòu)，其可以使能更有效的數(shù)據(jù)傳輸。參照圖3，在示出的數(shù)據(jù)發(fā)送裝置中，MAC發(fā)送處理器200首先傳送信息到前導(dǎo)碼產(chǎn)生器205、報頭產(chǎn)生器210和數(shù)據(jù)產(chǎn)生器215，以構(gòu)建要發(fā)送的分組。前導(dǎo)碼產(chǎn)生器205 和報頭產(chǎn)生器210的輸出通過擴(kuò)頻器235擴(kuò)展，通過復(fù)用器240進(jìn)行時分選擇，然后通過信號電極250發(fā)送。數(shù)據(jù)在報頭之后發(fā)送并且通過以下過程生成。首先，當(dāng)由數(shù)據(jù)產(chǎn)生器215發(fā)送的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)速率是C時，數(shù)據(jù)產(chǎn)生器215的輸出通過N: I串并(S/P)轉(zhuǎn)換器220轉(zhuǎn)換為碼元。 在這個時候，碼元速率可以被表示為C/N。S/P轉(zhuǎn)換器220的輸出通過處于下一級的碼元重復(fù)器被重復(fù)預(yù)定次數(shù)(R)。在這個時候，碼元重復(fù)器225的碼元速率可以被表示為C .R/N。 碼元重復(fù)器225的N比特輸出被傳送到頻率選擇性擴(kuò)頻器230。頻率選擇性擴(kuò)頻器230是一類正交調(diào)制器并且通過每個具有長度2U的2n個序列配置。頻率選擇性擴(kuò)頻器230接收輸入的N比特并且以(OR* 2L1)/N的輸出速率輸出對應(yīng)的序列。頻率選擇性擴(kuò)頻器230 的輸出由復(fù)用器240在傳送報頭之后順序傳送。最后，復(fù)用器240的輸出通過發(fā)送/接收開關(guān)245和信號電極250被發(fā)送到外部，而無需模擬電路270。通過信號電極250輸入的進(jìn)入信號經(jīng)過發(fā)送/接收開關(guān)245以及然后的噪聲消除濾波器255 (其消除不期望波段的頻率分量)來傳遞。然后，進(jìn)入信號通過放大器260傳遞， 其將進(jìn)入信號放大為期望的模擬信號。放大器260的輸出被傳送到下ー級，即，時鐘恢復(fù)與數(shù)據(jù)再定時(CDR)単元265。也就是說，因為分組的數(shù)據(jù)通常不會具有關(guān)于接收器的同步的単獨的信息，故単獨的模擬同步單元(如CDR単元265)是必要的。在這個時候，因為數(shù)據(jù)不包括額外的同步信息，所以CDR単元265應(yīng)在執(zhí)行同步過程時同時提取數(shù)據(jù)。然而，當(dāng)輸入電平很低時，⑶R単元265可能會誤操作，這可能會導(dǎo)致性能下降。此后，⑶R単元265的輸出被傳送到下ー級，即，數(shù)字接收器。在如上所述的數(shù)據(jù)發(fā)送裝置的各組件中，下文中將更具體地探討頻率選擇性擴(kuò)頻器230。圖4示出頻率選擇性擴(kuò)頻器的結(jié)構(gòu)。頻率選擇性擴(kuò)頻器230接收N個輸入，從每個具有長度2U的2n個序列中選擇ー個序列，并且傳送選擇的序列到下ー級。由頻率選擇性擴(kuò)頻器230使用的2n個序列對應(yīng)于具有在相對較高的波段上分布的能量的序列，這是從 (2L1, 2L1)Hadamard序列中選擇的。考慮到波段效率，要求由頻率選擇性擴(kuò)頻器使用的序列只從特定的碼(即，Hadamard碼)中選擇。因為Hadamard碼具有不良的相關(guān)特性，所以有必要應(yīng)用具有良好的相關(guān)特性的序列。頻率選擇性擴(kuò)頻器230的頻帶特性在圖5示出。正如圖5所示，通過圖4的頻率選擇性擴(kuò)頻器230，可以在期望的波段上擴(kuò)展發(fā)送數(shù)據(jù)，其中期望的傳輸波段的中心頻率是 (C R 2L1)バ2 N)。如果要發(fā)送的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)速率C是2Mbps，N: 1S/P轉(zhuǎn)換器的N是4，并且碼元重復(fù)器的R為1，則當(dāng)頻率選擇性擴(kuò)頻器的序列長度是64時最后的輸出速率是32 MHz0在這個時候，傳輸中心頻率是16 MHz0此外，由頻率選擇性擴(kuò)頻器使用的16個序列是具有在16 MHz上分布的相對較大能量的序列,這是從(64,64)Hadamard序列中選擇的。如果要發(fā)送的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)速率C為I Mbps，N:1S/P轉(zhuǎn)換器的N是4，并且碼元重復(fù)器的R為1，則當(dāng)頻率選擇性擴(kuò)頻器的序列長度是64時最后的輸出速率是16 MHz。然而,在這個時候,傳輸中心頻率下降到8 MHz0由于人體噪聲的影響根據(jù)傳輸頻率的下降而增加，所以碼元重復(fù)器的R 應(yīng)該是2以便彌補這個問題。然后，雖然中心頻率維持為16 MHz，但是即使I Mbps的傳輸也具有和2 Mbps的傳輸相同的傳輸帶寬。如上所述，因為中心頻率可以改變?yōu)?的倍數(shù)或該倍數(shù)的反數(shù)(inverse number)，故在依據(jù)干擾信號的中心頻率的移動中存在限制。此外，當(dāng)中心頻率提高到只是 2的倍數(shù)時，輻射特性會變得太好，從而可能會發(fā)生通過輻射的數(shù)據(jù)傳輸而非通過人體的數(shù)據(jù)傳輸。在通過輻射的數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r下，系統(tǒng)的功耗可能會變得過大。因此，能夠移動中心頻率的方法是必要的。此外，因為需要維持相同的帶寬，以便即使在低速數(shù)據(jù)傳輸時也維持該中心頻率，故波段效率可能下降。因此，考慮到這一點，能夠最大化波段效率同時最小化傳輸波段的方法是必要的。下文中，將更詳細(xì)地描述本發(fā)明的實施例。本發(fā)明的第一實施例提出ー種人體通信系統(tǒng)，其能夠選擇中心頻率和最小化傳輸波段，尤其提出人體通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)發(fā)送裝置。 本發(fā)明的第二實施例提出ー種人體通信系統(tǒng)，其能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)速度、調(diào)制等的控制以及實現(xiàn)最小化傳輸波段并選擇中心頻率。首先，根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的人體通信系統(tǒng)一般包括數(shù)據(jù)發(fā)送裝置和數(shù)據(jù)接收裝置，現(xiàn)在將參考圖7描述其中的數(shù)據(jù)發(fā)送裝置。首先，為了更有效地發(fā)送數(shù)據(jù)，本發(fā)明提出如圖6所示的分組結(jié)構(gòu)。如圖6所示，根據(jù)本發(fā)明的分組結(jié)構(gòu)包括前導(dǎo)碼600、起始幀分界符(SFD)610、報頭 620、導(dǎo)頻 640,660,.、680 和數(shù)據(jù) 630、650、670、.、690。通過在數(shù)據(jù)段之間插入同步碼、即導(dǎo)頻，在接收器側(cè)用于時鐘恢復(fù)和數(shù)據(jù)提取的CDR成為不必要的。SFD的起點通過前導(dǎo)碼的多次重復(fù)來檢測，以及隨后傳送分配了不同于前導(dǎo)碼的序列的 SFD，從而確切地檢測報頭的起點。結(jié)果，只通過一個簡單的I比特比較器和數(shù)字電路，就可以補償在接收過程期間可能會發(fā)生的時間誤差。參照圖7，媒體訪問控制(MAC)發(fā)送/接收處理器700是用于數(shù)據(jù)發(fā)送裝置和數(shù)據(jù)接收裝置兩者的公共組件，并且MAC發(fā)送/接收處理器700操作為在數(shù)據(jù)發(fā)送裝置中用于發(fā)送數(shù)據(jù)的發(fā)送處理器，其發(fā)送低頻帶的數(shù)據(jù)。由于根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的中心頻率的選擇是通過數(shù)據(jù)發(fā)送裝置執(zhí)行的操作，所以數(shù)據(jù)接收裝置的組件與本發(fā)明的第一實施例不那么緊密相關(guān)而在圖7中省略。包括MAC發(fā)送/接收處理器700的數(shù)據(jù)發(fā)送裝置包括前導(dǎo)碼產(chǎn)生器705、報頭產(chǎn)生器715、數(shù)據(jù)產(chǎn)生器725、串并轉(zhuǎn)換器(S/P)轉(zhuǎn)換器730、正交調(diào)制器735和復(fù)用器740。為了構(gòu)建圖6所示的分組結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)發(fā)送裝置進(jìn)一步包括SFD產(chǎn)生器710和導(dǎo)頻產(chǎn)生器720。 特別是，在本發(fā)明中，數(shù)據(jù)發(fā)送裝置進(jìn)一步包括移頻器745，用于將復(fù)用器740的輸出移動到一個特定頻率。MAC發(fā)送/接收處理器700傳送關(guān)于分組配置的信息到組件705、710、715、720、 725中的每個。根據(jù)信息的傳送，前導(dǎo)碼產(chǎn)生器705生成前導(dǎo)碼信號，SFD產(chǎn)生器710產(chǎn)生用于通知報頭信息的起點的SFD，報頭產(chǎn)生器715產(chǎn)生分組報頭信息，導(dǎo)頻產(chǎn)生器720產(chǎn)生用于使能在接收數(shù)據(jù)時的同步的導(dǎo)頻，而數(shù)據(jù)產(chǎn)生器725產(chǎn)生數(shù)據(jù)。在發(fā)送包括如圖6所示的前導(dǎo)碼、SFD、和導(dǎo)頻的分組的情況下，每個序列的輸出速率被調(diào)整為與正交調(diào)制器735 適應(yīng)，從而使在最終輸出端口處的傳輸波段彼此一致。數(shù)據(jù)發(fā)送裝置重復(fù)發(fā)送相同的前導(dǎo)碼多次，發(fā)送SFD，發(fā)送報頭，然后發(fā)送數(shù)據(jù)，其中按預(yù)定的時間段插入導(dǎo)頻。通過插入導(dǎo)頻， 可以僅通過I比特比較器和數(shù)字電路而非⑶R來實現(xiàn)接收器側(cè)。此后，S/P轉(zhuǎn)換器730通過串并轉(zhuǎn)換將來自數(shù)據(jù)產(chǎn)生器725的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成碼元，以及正交調(diào)制器735將S/P轉(zhuǎn)換器730的碼元映射到彼此正交的序列之一。此時，在前導(dǎo)碼產(chǎn)生器705、SFD產(chǎn)生器710和導(dǎo)頻產(chǎn)生器720的輸出速率維持在等于正交調(diào)制器735的輸出速率的同時執(zhí)行該發(fā)送，從而維持全部分組的發(fā)送波段是相同的。具體來說，當(dāng)從數(shù)據(jù)產(chǎn)生器725傳送的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)速率是C時，數(shù)據(jù)由N: 1S/P轉(zhuǎn)換器730轉(zhuǎn)換為具有N比特的碼元。轉(zhuǎn)換的碼元是2N個碼元，并被傳送到正交調(diào)制器735， 其具有長度212的序列。然后，正交調(diào)制器735根據(jù)N比特的信息映射2N個碼元之一，然后傳送經(jīng)映射的碼元到復(fù)用器740。在這種情況下，正交調(diào)制器735的輸出速率是(C 212)/ N。由于沒有必要考慮此處使用的正交調(diào)制器735的頻率特性，故可以采用具有比Hadamard 碼更好的相關(guān)特性的正交碼，而不是Hadamard碼。此外,取代Hadamard碼而新采用的正交碼可以保證在接收器側(cè)的穩(wěn)定性能。此外，復(fù)用器740時分地選擇從前導(dǎo)碼產(chǎn)生器705、SFD產(chǎn)生器710、報頭產(chǎn)生器 715、導(dǎo)頻產(chǎn)生器720和正交調(diào)制器735輸出的信號。復(fù)用器740的輸出由移頻器745使用頻移序列移位到特定頻率。具體來說，復(fù)用器740的輸出被傳送到移頻器745。此時，當(dāng)用于發(fā)送的頻率為fo時，移頻器745將復(fù)用器740的輸出乘以具有2 f0的輸出速率的頻移序列。雖然頻移序列的代表性的例子是包括交替重復(fù)的I和0的序列，但是本發(fā)明不局限于此。該頻移信號在通過發(fā)送/接收開關(guān)750和信號電極755之后發(fā)送到外部。如上所述的移頻器的結(jié)構(gòu)在圖8中示出。如圖8所示，移頻器的中心頻率可以被設(shè)置為(0 2，/N的倍數(shù)，這是將(C 2，/N乘以自然數(shù)獲得的。也就是說，中心頻率ち為n (C 2L2)/N0通過該過程，可以實現(xiàn)各種中心頻率，并同時再次獲得處理增益。為了通過使用如上所述在低頻帶的特定中心頻率來發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)通過S/P轉(zhuǎn)換器730經(jīng)歷串并轉(zhuǎn)換，通過正交調(diào)制器735正交調(diào)制，然后通過移頻器從基帶被移位到期望的頻段。在這個時候，包括交替重復(fù)的0和I的序列被用作頻移序列。同時，在人體通信系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)接收裝置是模擬接收器并且包括噪聲消除濾波器 765、放大器770以及I比特比較器775。I比特比較器775連接到下ー級，即數(shù)字接收器。 數(shù)據(jù)接收裝置的其他組件和本發(fā)明的第一實施例不具有密切的關(guān)系，因此其詳細(xì)描述在此處省略。具有如上所述的構(gòu)造的人體通信的發(fā)送頻率特性在圖9中示出。從圖9可知，發(fā)送波段的帶寬通過正交調(diào)制器的輸出速率(C 2，/N而是可變的，這提供了能夠通過降低數(shù)據(jù)速率C而減少帶寬的功能。也即，帶寬BW可以通過數(shù)據(jù)速率C、正交調(diào)制器的長度2じ 和N: 1S/P轉(zhuǎn)換器的N來控制。當(dāng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)速率C是2 Mbps,并且S/P轉(zhuǎn)換器的N是4，具有16個序列的正交轉(zhuǎn)換器的長度是16，且具有中心頻率為16 MHz和輸出速率為32MHz的移頻器被使用吋，輸出的數(shù)據(jù)具有的波段特性具有16 MHz的中心頻率和8 MHz的帶寬。相反，在I Mbps的情況下，帶寬減少到4 MHz,同時中心頻率維持在16 MHz0也就是說，不同于圖2所示的構(gòu)造， 數(shù)據(jù)速率的減少提高了波段效率。在通過16 MHz載波按2 Mbps的數(shù)據(jù)速率發(fā)送數(shù)據(jù)的情況下，如果在這個波段中存在干擾分量，則16 MHz應(yīng)移位到在如圖2所示的結(jié)構(gòu)中的雙倍的高頻中，即32 MHz0在如圖7所示的根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中，不僅可以通過將正交調(diào)制器的8MHz的輸出速率増加到四倍來移位該頻率到如圖2的32MHz，而且可以通過將該輸出速率增加到三倍而通過24 MHz載波來發(fā)送數(shù)據(jù)。結(jié)果，可以很容易地避免干擾，以抑制發(fā)送數(shù)據(jù)的輻射特性，并最小化功耗的增加。以下，將參考圖10描述根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的能夠使用在人體周圍的電場執(zhí)行非接觸數(shù)據(jù)發(fā)送的人體通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。圖10是說明根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的人體通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的框圖。根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的人體通信系統(tǒng)在非接觸狀態(tài)的穩(wěn)定操作要求空閑控制、深度睡眠控制和安全控制，并且下面的說明提出了包括與此類控制有關(guān)的各種信息的系統(tǒng)設(shè)計。在圖10中所示的人體通信系統(tǒng)也包括數(shù)據(jù)發(fā)送裝置、數(shù)據(jù)接收裝置以及執(zhí)行發(fā)送和接收兩者的公共組件。用于發(fā)送和接收的公共組件包括MAC發(fā)送/接收處理器100、互連微控制器単元(MCU)和調(diào)制解調(diào)器的主機(jī)接ロ単元105以及用于控制調(diào)制解調(diào)器和各種信號的MCU 110。數(shù)據(jù)發(fā)送裝置包括發(fā)送電路115，用于傳送由MAC發(fā)送/接收處理器100產(chǎn)生的通信信號；發(fā)送/接收開關(guān)120，用于將發(fā)送電路115的輸出傳送到外部；和電極125。發(fā)送 /接收開關(guān)120是不可避免的必要組件，以便通過ー個電極來構(gòu)建人體通信系統(tǒng)，并在發(fā)送和接收時控制開關(guān)。該信號可以通過發(fā)送器或接收器的調(diào)制解調(diào)器產(chǎn)生，或可以通過軟件 S/W的操作產(chǎn)生。同時，雖然發(fā)送電路115的具體組件沒有在圖10中示出，但是不用說，它們可以通過圖7中自前導(dǎo)碼產(chǎn)生器705到移頻器745的組件來替換。因此，發(fā)送電路115可以按特定頻率來發(fā)送根據(jù)在MAC發(fā)送/接收處理器100中定義的分組格式而產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。在這種情況下，來自發(fā)送電路115的輸出變成和來自移頻器的輸出相同。因此，在根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的在人體通信系統(tǒng)中包括的移頻器使能中心頻率選擇和發(fā)送波段的最小化。數(shù)據(jù)發(fā)送裝置包括放大微弱的接收電場信號和從信號中消除噪聲的模擬前端 (AFE)電路130 ;用于轉(zhuǎn)換模擬信號到數(shù)字信號的比較器/模數(shù)轉(zhuǎn)換器(比較器/ADC) 135 ； 接收信號強度指示/自動增益控制(RSSI/AGC)單元140，用于測量輸入信號的強度并根據(jù)測得的強度執(zhí)行控制；接近傳感器145，用于根據(jù)人體接近的檢測輸出接近傳感器值；復(fù)用器150，用于時分地選擇和輸出來自接近傳感器145和RSSI/AGC單元140的信號；和接收電路155,用于處理經(jīng)過比較器/ADC 135輸入的進(jìn)入信號和從復(fù)用器150輸出的信號。來自AFE電路130的信號通過信號尺寸的比較被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，其中比較器或ADC可以選擇性地用于該轉(zhuǎn)換。當(dāng)由ADC執(zhí)行該數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換時，RSSI測量也可以由ADC單元執(zhí)行。 也就是說，AGC單元也充當(dāng)能夠測量接收信號的強度的RSSI測量單元，并基于測量的結(jié)果執(zhí)行AGC。雖然在圖10中為了便于說明而將RSSI測量單元和AGC單元都集成在單個組件中，但是不用說，它們可以相互分離。同樣，ADC和比較器也可以相互分離。具有如上描述的結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)發(fā)送裝置使用諸如頻率、帶寬和順序編碼的參數(shù)來控制，以便優(yōu)化電場通信，并且該控制根據(jù)信道情況可以具有廣泛的各種形式。在數(shù)據(jù)接收裝置中，經(jīng)過電極125引入的微弱的電信號通過AFE電路130被放大到一定程度，進(jìn)行濾波， 然后傳送到比較器/ADC 135。此時，比較器比較引入的信號的幅度，以及ADC 135根據(jù)比較的幅度將信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，從而使能RSSI的測量。輸入信號的幅度根據(jù)信道狀態(tài)(即， 根據(jù)對地稱合是良好還不好)利用緊密相關(guān)性(close correlation)來測量。這里，ADC 135能夠在AFE電路130中的任何位置測量進(jìn)入信號的RSSI，并且能夠基于測量的RSSI產(chǎn)生關(guān)于AGC的輸入信號。ADC 135在AFE電路130中的任何位置測量RSSI的原因是，在良好的對地耦合情況中，即，在良好的信道環(huán)境中，信號在放大器之后或在濾波器之后的一級中會太早飽和。測得的RSSI指示接收信號的強度，這對應(yīng)于通知非接觸電場通信的信道狀態(tài)的一個重要參數(shù)。也就是說，如果對地耦合狀態(tài)已通過緊密安置的人體或其他因素被改進(jìn)，則RSSI值增加?？梢酝ㄟ^使用該屬性對多個設(shè)備授予信道優(yōu)先級，并且可以使用該屬性用于各種目的，如到人體的距離的測量。測得的RSSI被用于AFE電路130自身的增益控制。此外，測得的RSSI在數(shù)據(jù)接收裝置中被用作選擇序列碼、數(shù)據(jù)速率、擴(kuò)頻因子、濾波器帶寬和增益、頻率等的基礎(chǔ)。就用戶而言，確定電極是處于接觸還是非接觸應(yīng)基于技術(shù)的使用場景，并且在多用戶的情況下，最佳信道狀態(tài)被用于識別良好的用戶。此外，由于RSSI值示出了根據(jù)特定人體動作的變化， 所以通過提供該控制值到MCU 110可以提供與人體動作有關(guān)的各種輸入控制信號。也就是說，MCU 110通過使用RSSI值或接近傳感器值來確定電極125是否是在非接觸狀態(tài)，并基于確定的結(jié)果輸出控制信號。此外，RSSI值可以通過控制接近傳感器145而配置到某個程度，并可以傳送控制信號到接收電路155、MCUllO和AFE電路130，因為可以僅收集關(guān)于人體的狀態(tài)的信息。此外，在使用人體周圍的電場的非接觸人體通信系統(tǒng)中，一般的系統(tǒng)控制通過控制整個系統(tǒng)的MCU 110來執(zhí)行，其大部分是在待機(jī)狀態(tài)。一般，為了實現(xiàn)如上所述的系統(tǒng)， 需要分時隙的幀結(jié)構(gòu)的設(shè)計并且基于該分時隙的幀結(jié)構(gòu)來控制空閑定吋。即使在從待機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)換到喚醒狀態(tài)的情況下，如上所述，輸入也可以由接近傳感器145和來自RSSI測量單元140的輸入信號控制。如上所述，本發(fā)明的第二實施例提供ー種系統(tǒng)，其通過使用在人體周圍的電場使用戶即使在非接觸狀態(tài)中也能夠通信，并且能夠在低頻帶中發(fā)送數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的人體通信能夠控制中心頻率的選擇、傳輸波段的最小化、中心頻率、數(shù)據(jù)速率和調(diào)制等。
權(quán)利要求
1.一種用于在人體通信系統(tǒng)中在低頻帶中發(fā)送數(shù)據(jù)的裝置，該裝置包括前導(dǎo)碼產(chǎn)生器，用于產(chǎn)生前導(dǎo)碼信號；報頭產(chǎn)生器，用于產(chǎn)生分組報頭信息；數(shù)據(jù)產(chǎn)生器，用于產(chǎn)生數(shù)據(jù)；串并轉(zhuǎn)換器，用于通過串并轉(zhuǎn)換將從數(shù)據(jù)產(chǎn)生器傳送的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為碼元；正交調(diào)制器，用于將從串并轉(zhuǎn)換器傳送的碼元映射到彼此正交的序列之一；復(fù)用器，用于時分地選擇從前導(dǎo)碼產(chǎn)生器、報頭產(chǎn)生器和正交調(diào)制器輸出的信號；以及移頻器，用于將復(fù)用器的輸出移位到特定頻率。
2.如權(quán)利要求I所述的裝置，還包括起始幀分界符(sro)產(chǎn)生器，用于產(chǎn)生SFD，該sro用于通知在包括前導(dǎo)碼、SFD、報頭和數(shù)據(jù)的發(fā)送分組中的報頭信息的起點；以及導(dǎo)頻產(chǎn)生器，用于產(chǎn)生用于使能當(dāng)接收數(shù)據(jù)時的同步過程的導(dǎo)頻。
3.如權(quán)利要求I所述的裝置，其中，移頻器通過使用頻移序列將復(fù)用器的輸出移位到特定頻率。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中，由移頻器使用的頻移序列是包括交替重復(fù)的0和I 的序列。
5.如權(quán)利要求I所述的裝置，其中，該裝置的傳輸帶寬通過數(shù)據(jù)速率C、正交調(diào)制器的長度2L2和作為N: I串并轉(zhuǎn)換器的串并轉(zhuǎn)換器的N來可變地控制。
6.如權(quán)利要求I所述的裝置，其中，移頻器將中心頻率設(shè)置為輸出速率(C.212)/ 的倍數(shù)，這是將輸出速率(C 2，/N乘以自然數(shù)而獲得的。
7.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中，當(dāng)包括前導(dǎo)碼、SFD、報頭、導(dǎo)頻和數(shù)據(jù)的分組被發(fā)送時，每個序列的輸出速率被調(diào)整為與正交調(diào)制器適應(yīng)，從而使在最終輸出端口處的傳輸波段彼此一致。
8.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中，來自前導(dǎo)碼產(chǎn)生器的前導(dǎo)碼被重復(fù)一次或多次然后被發(fā)送，來自SFD產(chǎn)生器的SFD被發(fā)送，由報頭產(chǎn)生器產(chǎn)生的報頭被發(fā)送，然后發(fā)送由數(shù)據(jù)產(chǎn)生器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，其中按預(yù)定的時間段在數(shù)據(jù)中插入導(dǎo)頻，該導(dǎo)頻由導(dǎo)頻產(chǎn)生器產(chǎn)生。
9.一種用于使用在人體周圍的電場執(zhí)行非接觸通信的人體通信系統(tǒng)，該人體通信系統(tǒng)包括發(fā)送電路，用于使用特定頻率發(fā)送根據(jù)由MAC發(fā)送/接收處理器定義的分組格式而產(chǎn)生的數(shù)據(jù)；電極，用于將來自發(fā)送電路的輸出向外部輸出；模擬前端(AFE)電路，用于從該電極接收信號，放大該信號并且從信號中消除噪聲；接收信號強度測量單元，用于測量接收信號的強度；接近傳感器，用于根據(jù)人體接近的檢測來輸出接近傳感器值；復(fù)用器，用于選擇性地輸出來自接近傳感器和接收信號強度測量單元的信號；接收電路，用于處理來自復(fù)用器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的信號；和微控制器單元(MCU)，用于通過使用RSSI值或接近傳感器值來確定該電極是否是在非接觸狀態(tài)，并基于確定的結(jié)果輸出控制信號。
10.如權(quán)利要求9所述的人體通信系統(tǒng)，其中，測得的接收信號的強度被用作選擇序列碼、數(shù)據(jù)速率、擴(kuò)頻因子、増益、濾波器帶寬、頻率選擇和模擬前端(AFE)電路的增益控制中的至少ー個的基礎(chǔ)。
11.如權(quán)利要求9所述的人體通信系統(tǒng)，還包括主機(jī)接ロ単元，將微控制器単元(MCU)和調(diào)制解調(diào)器互連；和 MAC發(fā)送/接收處理器，定義用于數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收的分組格式。
12.如權(quán)利要求9所述的人體通信系統(tǒng)，其中，該發(fā)送電路包括前導(dǎo)碼產(chǎn)生器，用于產(chǎn)生前導(dǎo)碼信號；報頭產(chǎn)生器，用于產(chǎn)生分組報頭信息；數(shù)據(jù)產(chǎn)生器，用于產(chǎn)生數(shù)據(jù)；串并轉(zhuǎn)換器，用于通過串并轉(zhuǎn)換將從數(shù)據(jù)產(chǎn)生器傳送的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為碼元；正交調(diào)制器，用于將從串并轉(zhuǎn)換器傳送的碼元映射到彼此正交的序列之一；復(fù)用器，用于時分地選擇從前導(dǎo)碼產(chǎn)生器、報頭產(chǎn)生器和正交調(diào)制器輸出的信號；以及移頻器，用于將復(fù)用器的輸出移位到特定頻率。
13.如權(quán)利要求9所述的人體通信系統(tǒng)，還包括比較器，用于比較來自模擬前端(AFE)電路的信號的幅度并且根據(jù)信號的幅度將該信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，其中接收信號強度測量單元測量來自比較器的信號的強度。
14.如權(quán)利要求9所述的人體通信系統(tǒng)，還包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于根據(jù)來自模擬前端(AFE)電路的信號的幅度將來自模擬前端(AFE) 電路的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，其中接收信號強度測量單元測量來自模數(shù)轉(zhuǎn)換器的信號的強度。
15.如權(quán)利要求14所述的人體通信系統(tǒng)，其中，接收信號強度測量單元測量來自模數(shù)轉(zhuǎn)換器的信號的強度并且基于測得的強度來執(zhí)行自動增益控制。
16.ー種在人體通信系統(tǒng)中在低頻帶中發(fā)送數(shù)據(jù)的方法，該方法包括產(chǎn)生前導(dǎo)碼信號、分組報頭信息和數(shù)據(jù)；通過串并轉(zhuǎn)換將所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為碼元；將碼元映射到彼此正交的序列之一；時分地選擇前導(dǎo)碼信號、分組報頭信息和映射的碼元；以及將選擇的信號、信息和碼元移位到特定頻率。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，使用頻移序列將選擇的信號、信息和碼元移位到特定頻率。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，還包括產(chǎn)生用于通知在包括前導(dǎo)碼、起始幀分界符(SFD)、報頭和數(shù)據(jù)的發(fā)送分組中的報頭信息的起點的STO ;以及產(chǎn)生用于使能當(dāng)接收數(shù)據(jù)時的同步過程的導(dǎo)頻。
19.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，在將選擇的信號、信息和碼元移位到特定頻率期間，中心頻率被設(shè)置為正交調(diào)制器的輸出速率(C *2L2)/N的倍數(shù)，這是將正交調(diào)制器的輸出速率(C 2，/N乘以自然數(shù)而獲得的。
全文摘要
本發(fā)明提出一種方法，用于在人體通信系統(tǒng)中考慮人體的非接觸狀態(tài)并同時選擇在不同范圍內(nèi)的中心頻率來發(fā)送數(shù)據(jù)。為此，本發(fā)明的第一實施例提出一種人體通信系統(tǒng)，其中中心頻率可以被簡單地移動，并且具體地，提出了一種數(shù)據(jù)發(fā)送裝置，包括移頻器，用于將復(fù)用器的輸出移位到特定頻率，從而使得中心頻率能夠被移動。本發(fā)明的第二實施例提出一種人體通信系統(tǒng)，其不僅控制中心頻率選擇和傳輸波段最小化，而且控制數(shù)據(jù)速率、調(diào)制等，因此能夠在人體的非接觸狀態(tài)中執(zhí)行穩(wěn)定的通信。藉此，可以考慮到人體的非接觸狀態(tài)來最大化波段效率并且發(fā)送數(shù)據(jù)。
文檔編號H04B13/00GK102612817SQ201080051109
公開日2012年7月25日 申請日期2010年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月7日
發(fā)明者宋成俊, 崔炫國, 樸章淳, 李種林, 許昌龍, 金哲鎮(zhèn), 黃相允 申請人:三星電子株式會社